电梯能耗测量与能效评价方法的研究

电梯能耗测量与能效评价方法的研究

高洁

江苏省特种设备安全监督检验研究院泰州分院225300

摘要：电梯的能耗测量和能耗评价关系到用户选型，生产商的技术改进和政府职能部门的调控。本文分别从曳引电梯、液压电梯和自动扶梯三方面讨论了能耗和能效问题。

关键词：电梯；能耗测量；能效评价

当今现代社会生活中，电梯对现代城市生活必不可少的。科学合理的电梯能耗测量方法和能效评价方法成为人们迫切的需要。下面针对不同的电梯种类，提出相应的能耗测量和能效评价方法。

一、曳引电梯的能耗测量

1.曳引电梯概述

曳引电梯广泛应用于垂直的交通运输，由曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统和安全保护系统等八个部分组成，其工作原理类似于起重机。曳引轮由电动机驱动，可以通过驱使曳引轮绳槽和曳引钢丝绳的传动，令联系在钢丝绳两端的对重和轿厢分别进行上升和下降、下降和上升运行。其工作特点在于对重和轿厢的相对运动，运行方向相反。电动机的最大负荷出现在空载下行和满载上行的过程中，最小负荷则出现在曳引轮两端重量相等的情况下。故而电动机有电动和发电两种工作状态。

2.曳引电梯的能耗分析

影响曳引电梯能耗的因素有很多，如果考虑电梯的生命周期，那么安装、维修、保养的情况也应计算在内。为简便计，本文只考虑电梯在使用过程中的能耗情况。曳引电梯在运行使用过程中的能耗主要包括曳引系统能耗、驱动系统能耗、门机系统能耗和轿厢内照明通风系统等设备的能耗四大部分。其中电梯驱动和曳引系统的能耗无疑占的比重最大，约占总能耗的75%，门机系统大约12%，剩下的即其他系统和设备的能耗。虽然随电梯配置不同，能耗也有较大区别，但照明、显示、通风系统等的能耗一直较小，与驱动系统一样能耗比较稳定；门机系统的能耗可从开关门的时间得知，只有曳引系统的能耗变化较大，受电梯荷载、行程长短和运行方向所决定。

3.曳引电梯的能耗测量方法

由于目前曳引电梯上普遍装有能量回馈系统，电梯可以反馈给电网电能，所以用电能表进行测量就会有较大的误差，因此使用测量瞬态功率的方法。可使用日本横河电机的WT3000高精度分析仪测量电梯单相交流电路瞬时功率、三相三线制电路瞬态功率和三相四线制电路瞬态功率，使用霍尔电流传感器测量相电流瞬时值。根据曳引电梯的运行特点，可知其能耗（W）由起动能耗（Wstart）、运行能耗（Weven）、开关门能耗（Wdoor）、制动能耗（Wstop）、待机能耗（Wwait）和其他维持轿厢易用性（包括照明、通风、空调、显示等）的能耗（Wcar）组成。分别测量电梯载荷在0%、25%、50%、75%和100%的电压电流情况。可根据公式

进行计算功率，其中P为功率瞬时值（W），iA和iB为相电流瞬时值（A），UAC和UBC为线电压瞬时值（V），T为功率计算周期（s）。根据公式W＝Wstart＋Weven＋Wstop＋Pdoor×Tdoor＋Pwait×Twait＋Pcar×(Tstart＋Teven＋Tstop＋Tdoor＋Twait)计算电梯的能耗情况。

电梯在行程未达到额定速度时，应通过拟合求出此行程下起动距离和制定距离，并求出起动时间和制动时间，然后再求能耗。可根据起动能耗和起动距离的关系求出起动能耗，根据制动能耗和制动距离的关系求出制动能耗。可以根据行程大小和起止位置求出匀速运动开始和结束的距离，再求出匀速运动开始和结束时的功率，最后根据匀速运动的时间、匀速运动开始和结束时的功率求出匀速运动阶段的能耗。

二、液压电梯的能耗测量

1液压电梯概述

液压电梯主要用于中低层建筑的垂直交通运输，包括泵站系统、减压控制系统、液压缸系统、导向系统、轿厢、门系统、电气控制系统和安全保护系统等八个部分组成。其上行需要利用电力泵将液压油注入油缸，推动柱塞或活塞，使轿厢上行；下行则依靠载荷和轿厢的重力使液压油回流，完成轿厢的下行。

2液压电梯的能耗分析

液压电梯的能耗包括电气控制系统的能耗、门系统的能耗、支承导向系统的能耗和泵站油缸即管路系统的能耗等。液压能耗的变化较大，一般来说，其能耗在上行时较大，下行时较小。相关的行程、载荷、运行方向和开始位置也对液压电梯的能耗有着较大影响，因此要视具体的客流情况、布局情况和调度情况来确定。另外待机给会给液压电梯带来较大的能量损耗，待机时间和待机功率越大，待机能耗也就越大。

3液压电梯的能耗测量方法

该能耗的计算需要得到运行能耗（Wtravel）和运行时间（Ttravel），并分成上行和下行两个阶段。上行时根据运行能耗与载荷的关系得出不同运行距离下的运行能耗，在根据运行距离得出运行能耗。下行时要根据载荷拟合求出平均功率和运行时间。与曳引电梯的测量相似，测量在载荷0%、25%、50%、75%和100%下的变化量，根据公式

W＝Wtravel＋Pdoor×Tdoor＋Pwait×Twait＋Pcar×(Ttravel＋Tdoor＋Twait)

得出能耗情况。

三、自动扶梯的能耗测量

自动扶梯则较为简单，由梯级、牵引装置、驱动装置、扶手装置、张紧装置等部分组成。它在空载时能耗为一个固定值，根据载荷和运行速度的不同，能耗也发生改变。具体分别可测量其在上行和下行过程中载荷在0%、20%、40%、60%、80%和100%是的能耗情况。其空载的功率是固定的，载荷情况下的功率也易于通过拟合来确定。

四、电梯的能效评估

电梯的能效评估可利用电梯综合能效指数（η）来确定。具体公式如下

其中W表示电梯在规定运行状态下运送载荷所做的功（N?m）；E表示电梯在规定运行状态下电梯所消耗的电量（kW?h）；Wkij、Ekij和Tkij分别表示载荷Qk的情况下，电梯从i楼层运行至j楼层所做的功（N?m），所消耗的电量（kW?h），所需要的时间（h）；Ps表示待机功率（kW）；α表示待机时间与总服务时间之比；T表示电梯每天的总服务时间；Qk表示k对应的载荷量（kg）；h表示楼层间距（m）；γkij表示载荷Qk的情况下，电梯从i楼层运行至j楼层的工况的比例系数；Z表示电梯每天运行的总次数；N表示电梯的服务楼层数；K表示划分的实际荷载数量；g就是重量加速度（m/s2）。

另外自动扶梯的能耗评价由高度和倾角来决定。

结语：电梯的能耗测量和能效评价对于建筑业主具有参考价值，可以帮助用户选购低能耗的电梯，对政府来说也能够有利支撑电梯能耗的监管，同时可以促进厂商开发更加节能的电梯设备，推动技术进步。

参考文献

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